一種冰層雙向反射率測量裝置及其測量方法
2023-04-28 05:55:16
專利名稱：一種冰層雙向反射率測量裝置及其測量方法
技術領域：
本發明涉及海洋、湖泊水色的測量領域，特別涉及一種用於測量冰面的反 射率的冰層雙向反射率測量裝置。本發明還涉及該裝置的測量方法。
背景技術：
海冰是地球氣候系統中一個關鍵的要素，對大規模的海冰進行模擬，結果 顯示海冰不僅對氣候的變化具有很強的敏感性，同時它也是促使氣候產生變化 的因素之一。氣溫的變化會引起海冰表面特性與厚度的變化，從而在區域上影 響著大氣與海洋的能量、溼度和動力的交換。短波輻射是冰蓋與太陽進行能量 交換的主要波段，因此了解太陽短波輻射與海冰的相互作用，冰蓋物理特性變 化對氣候變化潛在的放大作用是非常有意義的。另外，冰蓋所透過的紫外與可 見光的組分對海冰下層初級生產力和生物活性也具有很大的影響，所以，為了 研究全球的氣候變化和極地區域的生態系統，需要了解紫外光波段、可見光波 段和近紅外波段在海冰中的分布。
為了研究海冰的光學特性，目前國內還沒有相關的用於測量海冰光學特性 儀器的報導。傳統的雙向發射率裝置只能採用某個特定的角度，固定在某個點 測量，無法實現任意位置，任意角度的實時測量。為了測量需要移動光學傳感 器探頭，而移動的過程中難以保持入射角與反射角與水平夾角一致，照成測量 誤差。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術不足，提供一種在半圓弧上任意點，任意 角度的測量，並且保證測量精度的冰層雙向反射率測量裝置。本發明的另一個目的在於提供該裝置的測量方法。
為了實現上述發明目的，本發明包括如下技術特徵 一種冰層雙向反射率 測量裝置，包括垂直豎立的半圓拱形軌道和儀器架；所示半圓拱形軌道下端設 有固定結構；所述儀器架沿著半圓拱形軌道滑動和固定，儀器架上設有兩個傳
感器探頭，所述兩個傳感器探頭的光軸與水平線夾角相等，並且光軸方向在水 平線下的傳感器探頭指向半圓拱形軌道圓心。
更進一步的，所述儀器架包括滑動蝸杆、上轉動渦輪和下轉動渦輪；上轉 動渦輪和下轉動渦輪相同並各分別設置在滑動蝸杆的上、下位置；上轉動渦輪 連接有上臂，下轉動連接有下臂；調整上臂能使得上轉動渦輪、滑動蝸杆和下 轉動渦輪傳動配合動作，並且當滑動蝸杆水平時，上臂和下臂與水平線夾角相 等；上臂上設有傳感器探頭；下臂上設有傳感器探頭，下臂通過滑軌與半圓形 軌道連接，下臂指向半圓拱形軌道的圓心。
所述半圓拱形軌道由若干圓弧拼接而成，所述滑動蝸杆上設有水平氣泡儀， 所述半圓拱形軌道上設有角度刻度，下臂上設有電子羅盤。所述滑軌與半圓拱 形軌道通過螺絲固定。
本發明還包括一種冰層雙向反射率測量裝置的測量方法，包括如下步驟
(1) 調整滑軌使得儀器架在半圓拱形軌道上滑動，在需要測量的位置點上
定位；
(2) 調整上臂，使得滑動蝸杆保持水平；
(3) 通過兩個傳感器探頭對該點太陽方位角和天頂角下的反射幅亮度進行
(4) 該點測量完畢，重新執行步驟l，直至所有需要測量點測量完畢。 本發明的有益效果在於在實際的測量過程中，保持兩個傳感器探頭的光軸與水平線夾角相等，因此在半圓拱形軌道上的任意點進行測量時，能保證移 動過程中的入射光和反射光與水平夾角一致，保持了測量的精度。可以轉動以 便對不同太陽方位角和不同天頂角下的反射輻亮度進行測量，由於儀器可靠穩 定，使得通過該裝置進行長期測量得以實現，在實際的測量中往往可以將測量 探頭通過光纖連接光譜儀和控制系統，實現在野外環境下冰層光學數據的長期
圖1為本發明雙向反射率支架整體示意圖； 圖2為本發明雙向反射率支架的儀器架結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明為一種冰層反^"率測量裝置，半圓拱形軌道3、儀器架 2組成。為了野外作業運輸方便，半圓拱形軌道3由三截弧形組成，連接處l。 半圓拱形軌道3兩邊固定結構4與半圓拱形軌道垂直，起到支撐作用，保證半 圓拱形軌道3垂直豎立，半圓拱形軌道3有角度刻度。儀器架2能在半圓拱形 軌道3滑動和固定，軌道角度刻度能讀出儀器架傾斜度和方向。儀器架2上裝 有兩個光學探頭，向下的光學探頭指向軌道圓心的地面。
圖2是放在拱形軌道上的儀器架2，目的是測量來自天上入射光和地面的反 射光，達到兩探頭光軸與水平線夾角相等。為了在移動過程達到入射光與反射 光與水平線夾角一致，設計採用滑動蝸杆26和兩個一樣轉動渦輪的結構，即上 轉動渦輪24和下轉動渦輪28，上轉動渦輪24和下轉動渦輪28相同並各分別設 置在滑動蝸杆26的上、下位置；上轉動渦輪24連接上臂23，下轉動渦輪28連 接下臂212。上臂23與滑動蝸杆26的夾角等於下臂212與滑動蝸杆26的夾角。 測量時，滑軌會帶動下臂212移動到位固定之後，由於下臂212是指向半圓拱形軌道3圓心的，因此移動後滑動蝸杆26水平角度發生變化，為了將滑動蝸杆 26調整水平進行測量，同時又保證上臂212與滑動蝸杆26的夾角等於滑動蝸杆 26與下臂212的夾角，採用滑動蝸杆26和兩個一樣的轉動渦輪傳動結構，測量 人員只需調整上臂23，使得滑動蝸杆26保持水平即可。
儀器主要兩個光學探頭21和214，分別用探頭固定夾具22固定在上臂23 和下臂212上。滑軌29是儀器的一部分，與下臂212聯在一塊。它帶動儀器在 拱形軌道上滑動，到位後用蝴蝶螺絲把儀器固定在拱形軌道上。反射光探頭214 始終保持朝向拱形軌道的圓心，在臂212上裝有電子羅盤213，能精確測量探頭 214朝向的方位角與雙向傾斜角。滑動蝸杆26上安裝有水平氣泡儀25，通過水 平氣泡儀25可以判斷滑動蝸杆26是否水平。
本發明的工作原理為通過發明中的拱形支架圍繞底部轉動以便對不同太 陽方位角和不同天頂角下的反射輻亮度進行測量。傳感器探頭為光譜輻亮度探 測頭，用以測量光場分布和散射特性。探測器安裝在雙向反照率支架上，光譜 輻亮度探測頭可以圍繞底部轉動以便對不同太陽方位角和不同天頂角下的反射 輻亮度進行測量。測量選取的探頭方位角有O度(探頭位於太陽入射面內，正 面向著太陽入射方向)、45度、90度、135度和180度，設置探頭天頂角有0度、 20度、30度、40度、60度和80度。如在在方位角0度的情況下，測量天頂角
為0度、30度和60度的雙向反射因子，雙向反射因子定義如下 (0 ，6^0,0,義)/卿義)
其中e為儀器探頭的天頂角，^為儀器探頭的方位角，^為太陽的天頂角，& 為太陽的方位角，A(《，《^^，"為反射光的輻亮度，^W)為天空下行輻照度。
輻照度探頭包括有餘弦集光器；所述光纖出口包括光纖接頭、密封軟體管， 光纖接頭連接的光纖通過密封軟體管接出。
權利要求
1、一種冰層雙向反射率測量裝置，其特徵在於包括垂直豎立的半圓拱形軌道和儀器架；所示半圓拱形軌道下端設有固定結構；所述儀器架沿著半圓拱形軌道滑動和固定，儀器架上設有兩個傳感器探頭，所述兩個傳感器探頭的光軸與水平線夾角相等，並且光軸方向在水平線下的傳感器探頭指向半圓拱形軌道圓心。
2、 根據權利要求1所述的冰層雙向反射率測量裝置，其特徵在於所述 儀器架包括滑動蝸杆、上轉動渦輪和下轉動渦輪；上轉動渦輪和下轉動渦輪 相同並各分別設置在滑動蝸杆的上、下位置；上轉動渦輪連接有上臂，下轉 動連接有下臂；調整上臂能使得上轉動渦輪、滑動蝸杆和下轉動渦輪傳動配 合動作，並且當滑動蝸杆水平時，上臂和下臂與水平線夾角相等；上臂上設 有傳感器探頭；下臂上設有傳感器探頭，下臂通過滑軌與半圓形軌道連接， 下臂指向半圓拱形軌道的圓心。
3、 根據權利要求2所述的冰層雙向反射率測量裝置，其特徵在於所述 半圓拱形軌道由若干圓弧拼接而成，所述滑動蝸杆上設有水平氣泡儀，所述 半圓拱形軌道上設有角度刻度，下臂上設有電子羅盤。
4、 根據權利要求3所述的冰層雙向反射率測量裝置，其特徵在於所述滑軌與半圓拱形軌道通過螺絲固定。
5、 根據權利要求2所述冰層雙向反射率測量裝置的測量方法，其特徵在於包括如下步驟(1) 調整滑軌使得儀器架在半圓拱形軌道上滑動，在需要測量的位置點 上定位；(2) 調整上臂，使得滑動蝸杆保持水平；(3) 通過兩個傳感器探頭對該點太陽方位角和天頂角下的反射幅亮度進行測量;(4)該點測量完畢，重新執行步驟l，直至所有需要測量點測量完畢(
全文摘要
本發明為一種冰層雙向反射率測量裝置及其測量方法，包括垂直豎立的半圓拱形軌道和儀器架；所示半圓拱形軌道下端設有固定結構；所述儀器架沿著半圓拱形軌道滑動和固定，儀器架上設有兩個傳感器探頭，所述兩個傳感器探頭的光軸與水平線夾角相等，並且光軸方向在水平線下的傳感器探頭指向半圓拱形軌道圓心。本發明還包括該裝置的測量方法，在測量時只要調整上臂，使得滑動蝸杆保持水平；就能保證兩個傳感器探頭的光軸與水平線夾角相等。本發明能對不同太陽方位角和不同天頂角下的反射輻亮度進行測量，具有穩定可靠、精確度高的特點，特別適合野外長時間下的冰層的光學數據測量。
文檔編號G01N21/55GK101672776SQ200910193130
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月16日 優先權日2009年10月16日
發明者盧桂新, 雯 周, 楊躍忠, 郭超英 申請人:中國科學院南海海洋研究所